X. RADIACI�N Y ENERG�A

DURANTE los �ltimos diez o quince a�os el tema de moda en todo el mundo ha sido la energ�a. Alrededor de ella ha habido pol�mica, crisis, temor, predicciones fatalistas, b�squeda de otras fuentes, programas de conservaci�n, elevaci�n y ca�da de precios, inflaci�n, pol�ticas equivocadas, promesas, extrapolaciones, problemas pol�ticos y todo lo que puede esperarse sobre un recurso indispensable para el desarrollo, pero mal distribuido, y en su mayor�a no renovable. No vamos a unirnos a la pol�mica, sino a describir un tipo de energ�a que est� �ntimamente ligada a la radiaci�n: la energ�a nuclear.

El sentir sobre la energ�a nuclear es una mezcla de esperanza y desconfianza, y tal vez nunca antes la implantaci�n de una tecnolog�a se ha visto m�s envuelta en dificultades e incomprensi�n. Esperanza porque se nos ha dicho que es una fuente casi ilimitada de energ�a, que podr�a satisfacer las demandas del desarrollo por miles de a�os. Desconfianza porque no podemos olvidar los estallidos de Hiroshima y Nagasaki en 1945 y porque los vaticinios sobre el tiempo que tardar�a su aplicaci�n resultaron demasiado optimistas. El hecho es que vale la pena averiguar todo lo posible sobre la energ�a nuclear, para poder tomar decisiones sobre su utilidad que sean basadas en conocimientos y hechos m�s que en supersticiones y confusi�n. La tecnolog�a nuclear, como cualquier otra tecnolog�a, tiene virtudes y defectos que habr� que ponderar. Hay predicciones que dicen que para el a�o 2050 habr� disminuido fuertemente el uso de petr�leo y gas natural, por su costo y porque se comenzar� a agotar. El carb�n los podr� suplantar en parte (por cierto, M�xico no cuenta con yacimientos importantes conocidos de carb�n); pero la mayor�a de la energ�a tendr� que provenir de otras fuentes, entre las cuales la nuclear es por el momento la �nica que ha demostrado ser viable y econ�mica.

Hay m�s de 250 reactores nucleares en operaci�n en todo el mundo y otros tantos en construcci�n, siendo los pa�ses que m�s los emplean los Estados Unidos, el Reino Unido, la URSS, Jap�n, Francia y la Rep�blica Federal Alemana. En Francia, el 59% de la electricidad es de origen nuclear. Se ha acumulado ya suficiente experiencia en esos pa�ses para garantizar que el uso de la fisi�n nuclear sea factible, econ�mico y seguro. M�xico se sumar� pronto a este grupo, pues se encuentra en construcci�n la planta de Laguna Verde, que tendr� dos reactores, cada uno de ellos de 650 megawatts (MW), o sea 6.5 X 10⁸ watts. Se espera introducir el combustible al primero de ellos en 1986. Para poner en perspectiva el total de 1 300 MW, consideremos que ser� suficiente para mantener encendidos 13 millones de focos de 100 watts. �sta es una cantidad considerable de energ�a, pero apenas una fracci�n de las necesidades, por ejemplo, del �rea metropolitana de la ciudad de M�xico.

Ya sabemos que la operaci�n de un reactor nuclear se basa en la fisi�n controlada de uranio, que al romperse su n�cleo libera neutrones y dos fragmentos pesados que depositan su gran energ�a en forma de calor en los elementos combustibles y sus alrededores. La radiaci�n, en este caso neutrones, produce la fisi�n y sostiene la reacci�n en cadena.

Los reactores de la planta nucleoel�ctrica de Laguna Verde son de tipo de agua hirviente. En ellos, el coraz�n del reactor (las barras de combustible con enriquecimiento hasta de 2.45% de ²³⁵U) est� dentro de una vasija con agua que hierve produciendo vapor. Este vapor se suministra a las turbinas que producen la electricidad, y luego se condensa para recircularlo y suministrarlo otra vez al reactor, en un circuito cerrado. El condensador usa agua de mar directamente para enfriar y condensar el vapor del circuito primario. La generaci�n de electricidad por la turbina es convencional, semejante a la de una planta termoel�ctrica. La figura 50 muestra las partes principales de estos reactores.

Figura 50. Diagrama de un reactor nuclear de agua hirviente. El combustible de uranio enriquecido dentro de la vasija hace hervir el agua. El vapor que produce mueve la turbina y el generador para extraer electricidad; luego cae al condensador para ser enfriado y que se le haga circular por el reactor nuevamente.

Hay otros tipos de reactor nuclear. En los de agua a presi�n, �sta se encuentra directamente en contacto con el combustible. Se hace circular en forma l�quida y se pone en contacto con un segundo circuito que produce vapor, que a su vez mueve los turbogeneradores. Existen tambi�n los reactores de agua pesada a presi�n, que usan uranio sin enriquecer. El refrigerante es agua pesada, rica en el is�topo pesado de hidr�geno, el ²H o deuterio. Tambi�n usa un segundo circuito productor de vapor. Hay varios otros tipos seg�n el combustible (natural o enriquecido), el moderador (agua, agua pesada o grafito), y el refrigerante (agua, vapor, gas, o metal l�quido).

La decisi�n de los distintos pa�ses de usar energ�a nuclear se ve influida por una serie de circunstancias que incluyen costos, viabilidad t�cnica, disponibilidad de otras fuentes, seguridad, efecto en el medio ambiente y escala de tiempo, entre otras. Pueden darse algunos ejemplos muy sencillos. Jap�n casi no tiene fuentes propias de energ�a, y depende fuertemente de importaciones de petr�leo. �ste y el gas natural, siendo no renovables, se terminar�n en unas d�cadas, por lo que se deber� contar con otra fuente. Ya en la actualidad, casi el 25% de su electricidad es de origen nuclear. Los Estados Unidos tienen una vasta reserva de carb�n que podr�a substituir al petr�leo y al gas para producir electricidad por doscientos a�os m�s, aunque se tendr�n que perfeccionar los m�todos para aprovecharlo con eficiencia y limpieza. Aunque este pa�s tiene el mayor n�mero de reactores nucleares, s�lo el 15% de su energ�a el�ctrica proviene de ellos. El caso de M�xico es m�s o menos claro. Actualmente usamos, exportamos y hasta derrochamos petr�leo y gas natural. Dependemos de ellos para m�s del 80% de nuestra energ�a el�ctrica (ni hablar del empleo para transporte). No tenemos carb�n como substituto para dentro de unas d�cadas. La energ�a solar parece prometedora, pero a�n no ha demostrado ser suficientemente barata y que se pueda usar masivamente. Las plantas hidroel�ctricas y geot�rmicas podr�n aumentar en n�mero, pero ni siquiera al ritmo de crecimiento de la demanda de energ�a. Parece ineludible que habr� que ir a la opci�n nuclear lo m�s pronto posible, pues instalar reactores y desarrollar tecnolog�a nuclear no se logra en un d�a. Ya no estar�n en juego la dependencia tecnol�gica o de recursos, sino la misma supervivencia y el desarrollo.

El costo de la energ�a nuclear es muy dif�cil de estimar, aunque s� es posible asegurar que ha resultado competitivo con otras fuentes de energ�a a los precios actuales, como lo han demostrado por lo menos dos pa�ses, Francia y B�lgica, que dependen de la energ�a nuclear para m�s de la mitad de su electricidad. La cantidad de energ�a que contiene un gramo de combustible enriquecido equivale a casi la de 3 toneladas de carb�n. Con esta concentraci�n de energ�a hay menos costo y dependencia de transporte (un vag�n de ferrocarril en vez de tres millones de vagones); pero, en cambio, el proceso de extracci�n y refinaci�n es m�s caro. A precios de 1980, el uranio era 4 veces m�s barato que el carb�n y 12 veces m�s barato que el petr�leo, por cada watt que puede producir. Sin embargo, el costo total de producci�n de energ�a no proviene s�lo del combustible; hay inversi�n y gastos de operaci�n y mantenimiento. En una planta nucleoel�ctrica el combustible cuesta s�lo una cuarta parte del total, mientras que en una termoel�ctrica es como la mitad. En las plantas geot�rmicas y las solares no se usa combustible; el costo es 85% de inversi�n y 15% de operaci�n y mantenimiento.

La generaci�n nuclear de electricidad tiene riesgos como cualquier otra industria. Estos riesgos tienen que ponerse en la balanza cuando se toman decisiones de c�mo y d�nde operar una planta. Sorprendentemente, la energ�a nuclear resulta de bajo riesgo comparada con otros m�todos de generaci�n de energ�a. Esto se debe en buena parte a que, siendo la industria m�s reciente, ha podido recoger la experiencia generada en otros sistemas e incorporarla en los dise�os. En segundo lugar, las normas de seguridad han sido cada vez m�s estrictas en las plantas nucleares, por la presi�n que ha ejercido el p�blico en general. En cada una de las etapas de la industria nuclear hay riesgos, como en toda otra actividad humana.

En la etapa de extracci�n y procesamiento del mineral el riesgo m�s importante es la respiraci�n del rad�n, que tiende a acumularse en las minas subterr�neas, lo cual, provoca a largo plazo un aumento en la incidencia de c�ncer pulmonar en los mineros. Esto se disminuye con una ventilaci�n apropiada. Debe siempre llevarse un registro de niveles de radiaci�n y vigilancia m�dica del personal. En las minas a cielo abierto no se acumula el rad�n. En la producci�n de combustible nuclear se requiere procesar 20 veces menos toneladas de mineral que en el caso del carb�n para producir la misma cantidad de energ�a. Esto en s� reduce los peligros ordinarios de la industria minera, que incluyen accidentes de trabajo y enfermedades pulmonares por respirar polvos y gases t�xicos.

En la operaci�n normal de un reactor hay descarga de peque�as cantidades de radiactividad al aire o al agua, en virtud de que los neutrones activan los materiales del derredor. Una vez identificado este problema, los dise�os de las plantas actualmente aseguran que esta emanaci�n no exceda la dosis de 5 mrem/a�o en los linderos de la planta. Recordemos que �sta es la dosis aproximada recibida en un vuelo trasatl�ntico. Resulta m�nima si se compara con los problemas causados por las emanaciones rutinarias de las plantas termoel�ctricas, en forma de humo, polvo y gases t�xicos, cuyos efectos en la poblaci�n, por cierto, son muy dif�ciles de cuantificar, pero es clara su nocividad. En vista de la importancia de conocer la liberaci�n de radiactividad en los alrededores de la planta de Laguna Verde, se tiene desde hace varios a�os un programa de registro rutinario en flora y fauna. Con estos datos podr� hacerse la comparaci�n del nivel de radiactividad antes de la operaci�n del reactor con el nivel cuando est� operando. Vale la pena mencionar que �sta es la primera vez en M�xico que se hace un estudio a conciencia de los efectos en el medio ambiente de cualquier industria.

Hay otro producto que podr�amos llamar contaminaci�n en la operaci�n de un reactor nuclear, en vista de que puede afectar la ecolog�a de los alrededores. Se trata del calor producido en el agua de descarga que enfr�a los condensadores. La elevaci�n de temperatura puede afectar las especies que viven en la zona, especialmente si la descarga es a un r�o o a un lago. En el caso de Laguna Verde, la descarga es al mar y los efectos ser�n en una regi�n muy localizada. Todas las plantas generadoras descargan calor; las termoel�ctricas generalmente lo hacen al aire.

Uno de los problemas sobre los que ha habido m�s discusi�n es c�mo disponer del combustible usado, que queda altamente radiactivo. En la fisi�n del uranio, los dos fragmentos pesados que quedan son elementos radiactivos. Como hay una gran gama de ellos, las vidas medias son muy variadas, pero la mayor�a tiene vida media corta, de modo que en unas cuantas horas han deca�do. Algunos tienen vidas medias largas, entre los que destacan el ¹³⁷Cs, el ⁹⁰Sr y el ⁸⁵Kr (30 a�os, 28.8 a�os, y 10.73 a�os, respectivamente). Como la actividad inicial es alta, estos desechos pueden tener niveles peligrosos de radiactividad por cientos de a�os. Se tiene que disponer de ellos de suerte que se garantice la seguridad no s�lo en la actualidad, sino tambi�n en el futuro. Otro elemento que se encuentra presente es el plutonio (²³⁹Pu), formado no por la fisi�n del uranio, sino porque �ste absorbe neutrones. El ²³⁸U, el is�topo m�s abundante, puede absorber un neutr�n de los que mantienen la reacci�n en cadena, y as� se transforma en ²³⁹U, que decae por emisi�n b a neptunio (²³⁹Np), y �ste a su vez a ²³⁹Pu. Como el ²³⁹Pu es fisionable, hay una ventaja en separarlo qu�micamente del resto de los desechos para usarlo como combustible. Su vida media es de 24 400 a�os.

Generalmente las barras usadas de combustible de un reactor se guardan un tiempo en la misma planta bajo agua para enfriarlos y absorber radiaci�n hasta que han deca�do los elementos de vida media corta. Luego se transportan a plantas de reprocesamiento, donde se separan el plutonio y el uranio no gastado, y el resto se concentra. Los desechos concentrados de la operaci�n de un a�o de un reactor de 1 000 MW ocupan 2 m³, en contraste con los miles de millones de toneladas anuales de desechos agr�colas, industriales y mineros, basura y dem�s desechos municipales que producimos. Obviamente el problema no radica en el volumen, sino en las caracter�sticas especiales de los desechos: alta radiactividad y persistencia. En un principio se echaban al mar para que se diluyeran y perdieran efectividad, pero en la actualidad se prefiere encapsularlos en vidrio o en tanques de acero inoxidable para luego almacenarlos en dep�sitos especiales subterr�neos, libres de humedad y con gran estabilidad a largo plazo. La tecnolog�a de desechos radiactivos merece la m�xima atenci�n, pues no se debe olvidar que es un problema que, aunque tiene soluci�n, van a heredar nuestros descendientes durante cientos o miles de a�os.

El aspecto que m�s temor inspira es la posibilidad de un accidente violento en un reactor nuclear. Hasta se ha dramatizado en una pel�cula. Lo primero que hay que hacer notar es que un reactor nuclear no es una bomba. Por su dise�o para mantener una reacci�n en cadena controlada, no pueden darse las condiciones de una bomba nuclear, en que el material fisionable se comprime r�pidamente a una masa densa. Una vez establecido que los reactores no pueden producir una explosi�n nuclear, veamos el tipo de accidente que podr�a suceder, y contra el cual est�n dise�ados los sistemas de seguridad que son parte fundamental de toda planta nuclear.

En el caso de p�rdida accidental del fluido enfriador de un reactor nuclear, la temperatura comenzar�a a aumentar. Cuando sucediera esto, se introducir�an las barras de control para suspender la reacci�n en cadena y detener la fisi�n. La temperatura no bajar�a de inmediato a causa de la alta radiactividad del combustible, as� que habr�a el peligro de que los elementos combustibles se sobrecalentaran y luego se fundieran, cayeran al fondo de la vasija y tal vez la perforaran. De suceder esto, dependiendo del dise�o del edificio, es posible que hubiera una expulsi�n de gases radiactivos; los l�quidos y s�lidos quedar�an all� hasta que bajara la temperatura.

Como el accidente est� bien tipificado, los reactores y sus edificios est�n especialmente dise�ados para, por un lado, impedir que esto suceda y, por el otro, en caso de suceder, evitar que pueda haber da�o a la poblaci�n. Sistemas r�gidos de control de calidad, circuitos alternativos de enfriamiento, dise�os altamente conservadores, barreras m�ltiples, duplicaci�n de sistemas de seguridad, procedimientos de emergencia: con todo esto se cuenta para prever cualquier contingencia que pueda suceder. De todas las industrias, la nuclear es la que tiene sistemas de seguridad m�s rigurosos. En consecuencia, se estima que la probabilidad de un accidente de consecuencias mortales en una planta nuclear es mucho menor, por ejemplo, que el peligro de accidentes de aviaci�n. Para gente que vive en la proximidad de una planta nuclear, es m�s probable que muera fulminada por un rayo que por un accidente en la planta.

Hasta la fecha ha habido accidentes de este tipo en reactores de plantas nucleoel�ctricas, pero no ha habido una sola muerte en consecuencia.1 El caso m�s conocido y reciente ha sido el reactor de Three Mile Island, en que fall� una bomba en 1979, lo cual dio lugar a una serie de acontecimientos que culminaron en la destrucci�n parcial del coraz�n del reactor y el escape de algunos gases radiactivos. Se dio amplia difusi�n alarmista al hecho a pesar de que no hubo muertos ni lesionados, ni se requiri� evacuar la zona, y las dosis recibidas por el escape de gases radiactivos fueron del orden 100 mrem. Fue una dura pero afortunada prueba de la seguridad de una planta nuclear, si bien hubo ciertas fallas que nunca debieron suceder. Es interesante c�mo ha habido tanta oposici�n al uso de plantas nucleoel�ctricas, a pesar de ser una de las industrias m�s seguras que hay, o tal vez la m�s segura. Recordemos el caso de Ixhuatepec, M�xico (m�s de 500 muertos por una explosi�n de gas combustible), y el de Bhopal, India (m�s de 2 500 muertos por una fuga de gas t�xico).

Una opci�n fascinante que nos brinda la energ�a nuclear es la posibilidad de resolver el problema energ�tico por miles de a�os, usando reactores de cr�a que producen m�s combustible del que consumen. Aunque esto suene disparatado, es una realidad tanto en concepto como en ejecuci�n, pues hay varios reactores de cr�a en el mundo produciendo electricidad. Est�n dise�ados para provocar la absorci�n de neutrones por parte del ²³⁸U, que da lugar a ²³⁹U, ²³⁹Np, y ²³⁹Pu, �ste �ltimo fisionable y de vida media larga. El plutonio creado por este proceso en las barras de combustible despu�s se separa de las barras usadas, para emplearse en nuevas barras. De esta manera es posible aprovechar todo el uranio, no s�lo el 235, que es fisionable pero poco abundante.

Esta panacea no est� libre de problemas, y ha habido mucha pol�mica sobre si conviene construir reactores de cr�a o no. La dificultad principal es pol�tica y no t�cnica. El plutonio sirve tambi�n para hacer bombas y se teme que si no existe un estricto control en los combustibles y su reprocesado, podr�an caer en manos irresponsables y crear peligros a todo el mundo. De hecho, ya hay grandes arsenales nucleares apuntados de unos pa�ses de otros. Algunos reactores han sido construidos expresamente para producir plutonio con fines b�licos, y no para producir electricidad. El manejo y almacenamiento de plutonio en s� tiene problemas, pues adem�s de su gran potencial energ�tico, es un material altamente t�xico.

He aqu� una tecnolog�a conocida y probada (Estados Unidos, Inglaterra, Rusia, Francia, Alemania, Jap�n y la India), que podr�a ayudarnos por miles de a�os, pero cuyas caracter�sticas especiales impiden que se puedan extender sus beneficios. Los pa�ses en desarrollo son de hecho los m�s alejados de ellos; pues, trat�ndose de alta tecnolog�a en todos sus pasos (dise�o del reactor, separaci�n del plutonio, m�todos de control, etc.), se carece de la experiencia y la organizaci�n para llevarlos a cabo. Los pa�ses poderosos no f�cilmente van a ceder su hegemon�a; as� que no ser�a dif�cil que, de llegar alg�n d�a a una econom�a de reactores de cr�a, los subdesarrollados tengan que seguir comprando tecnolog�a y tal vez hasta electricidad.

La energ�a solar es en realidad nuclear, pues son reacciones nucleares de fusi�n en el Sol las que lo han mantenido encendido por millones de a�os. Las reacciones de fusi�n, inversamente a las de fisi�n, producen energ�a cuando dos n�cleos ligeros se funden para formar uno m�s pesado. Muchos elementos ligeros pueden producir reacciones de fusi�n, siendo unas importantes ²H + ²H � 3He + n, y ²H + ³H � ⁴He + n. En vista de que el hidr�geno y a�n el is�topo pesado deuterio (²H) existen en grandes cantidades en la Tierra, de lograr provocar y controlar estas reacciones en n�mero suficiente, tendr�amos una fuente energ�tica pr�cticamente inagotable.

Para lograr esto hay que inducir las reacciones nucleares con los proyectiles viajando a alta velocidad, como sucede en el Sol. Un acelerador modesto lo permite, pero en cantidades limitadas, y no suficientes para poder extraer energ�a. Para simular las condiciones del Sol, los proyectiles deben tener velocidades correspondientes a temperaturas de 100 millones de grados. Como ning�n material podr�a sostener estas temperaturas, se ha ideado una "botella magn�tica" sin paredes, donde un campo magn�tico confina un plasma. Durante ya varias d�cadas se ha realizado un esfuerzo importante para lograr el primer reactor de fusi�n rentable (que genere m�s energ�a de la que consume); pero el problema es t�cnicamente tan complicado que, a pesar de que ha habido avances, todav�a no se logra el objetivo. Otra estrategia que se ha experimentado es iluminar el combustible con rayos l�ser uniformemente por todos lados, para comprimirlo s�bitamente a altas densidades y altas temperaturas.

Siendo tal vez el desarrollo m�s complicado que jam�s se haya intentado, por la alta tecnolog�a, s�lo los pa�ses sumamente desarrollados tienen la t�cnica y los recursos para investigar la fusi�n controlada. Si se logra, no ser� antes del a�o 2020 cuando pueda producirse electricidad. Cu�l ser� el costo es muy dif�cil de predecir, pues a�n no se tiene ni un prototipo, ni se sabe si realmente competir� con otras fuentes energ�ticas que pueda haber en ese tiempo. En todo caso, parece ser que por lo menos durante un tiempo ser� la fuente energ�tica de los pa�ses desarrollados.

NOTAS

1 Al entrar este libro a impresi�n sucedi� un accidente en un reactor nuclear en Chernobyl, cerca de Kiev, URSS. Se habla de una veintena de muertos, pero los detalles no se han dado a conocer. La nube de gases radiactivos fue detectada en Escandinavia.